混凝土裂縫產生的原因及防治方法研究

郭順明

（福建大舟建設集團有限公司，福建 漳州 363005）

1 混凝土裂縫分類

混凝土裂縫主要有3 種：第一種是根據其產生的時間長短分為早期裂縫和后期裂縫。澆筑完成后3～7d 內出現的裂縫稱為混凝土早期裂縫，在混凝土養護完成后出現的裂縫稱為后期裂縫。第二種是根據受力情況劃分為受壓開裂和未受壓開裂，由于外部荷載和自身重量的作用，混凝土構件在承受荷載作用下會產生超出其承受能力的混凝土開裂，稱之為受力裂縫，而在非受力狀態下出現的裂縫則叫未受力裂縫。第三種是根據混凝土的環境狀況分為溫度裂縫、干縮裂縫和徐變裂縫。

微觀裂縫是混凝土內部一種不連續的裂紋，在混凝土中寬度一般小于0.05mm，混凝土自身產生的微裂紋在荷載未超出設計要求時，通常被認為是無害的。宏觀裂縫寬度大于0.05mm，而寬度小于0.2～0.3mm 的裂縫被認為是沒有危害的，但前提是裂紋不會繼續擴大。

2 混凝土裂縫產生的危害

混凝土是一種非均質的脆性物質，由水泥、水和其他添加劑混合而成。由于混凝土施工產生的變形等原因，在混凝土變硬后其中會產生大量的微小孔隙、氣穴和裂紋，從而導致了混凝土的某些非均勻性質。微裂縫是一種對混凝土承重及其他應用功能無害的裂縫，鋼筋混凝土規范中還明確指出，實際情況下，在一定的范圍內，混凝土結構可以出現裂縫，但要對其進行合理處理，限制其危險程度的范圍。然而，混凝土在受到荷載、溫差等因素的作用下，其微觀裂縫會繼續擴大、相互連接，最后形成了我們所熟知的混凝土結構中的“大裂縫”，貫通和深裂會導致結構的完整性和受力狀況發生變化，導致樓板滲漏或局部、整體結構的損壞，對工程質量產生很大影響。

3 混凝土裂縫產生的主要原因

3.1 水造成的裂縫

在混凝土成型、固化過程中，水是混凝土中不可缺少的一種中間物質，而在混凝土中，自由水的存在是造成混凝土裂縫的重要因素。所以，在施工中經常使用干、半干硬混凝土，但大部分仍是流態混凝土。相關的試驗數據表明：在相同的用量下，每提高10%的水泥用量，混凝土的收縮將提高5%；在相同的水泥用量下，每提高10%的水用量，混凝土強度下降20%，而混凝土與鋼筋之間的結合強度下降10%。

3.2 外加劑造成的裂縫

目前，在普通混凝土中加入了多種添加劑，一般采用抗滲劑、減水劑、緩凝劑、速凝劑、抗折劑、膨脹劑等，其主要作用是提高混凝土的流動性、減小水泥的水灰比、方便機械化施工，達到高強、密實、抗折、抗滲等多種用途。雖然外加劑在混凝土中所占的比重很小，但如果它不能在混凝土中均勻分布，則會造成混凝土裂縫。所以，為了改善混合料的均勻性，應采取水溶性外摻、強化攪拌、延長攪拌時間等措施，以提高混合料的均勻度。

在大型工程及市政工程中，混凝土均為集中攪拌、遠距離輸送、延遲澆筑或采用泵送澆筑。為了便于機械化施工，經常在混凝土中加入緩凝劑，或通過加大水泥的用量來改善其易用性。在澆筑過程中，由于多次機械振動，導致集料沉降，剩余的水泥和部分自由水上升，在混凝土中聚集，從而形成了一種具有較高水分、較大收縮率的浮漿層，而且在長距離的運輸中，由于混凝土中加入緩凝劑，其初凝時間明顯加長，但終凝時間相對縮短，后期隨著混凝土中游離水的積累，混凝土的水灰比增大，強度下降，初期的強度增長要慢于收縮速率，從而造成浮漿層的瞬間破裂。國外已有使用高效的泵送式減水劑來減少水泥用量的例子，在混凝土攪拌過程中，外摻劑僅摻入一小部分，其余部分通過攪拌運輸車在運輸途中分次添加，直到抵達工地時才會全部加滿，以確保混凝土進入模具時的新鮮性。

3.3 溫度造成的裂縫

由于溫度的作用，混凝土的早裂是一種常見的質量問題。在養護加固階段，由于水泥粒子與水分子發生水化作用產生了大量的熱能，從而加速了混凝土的水化反應，縮短了養護期。如今大量的混凝土澆筑都是在自然條件下進行，當混凝土的摻入量為350～550kg/m3時，混凝土會產生17 500～27 500kJ 的熱量，因此，混凝土的內部溫度可達到70℃或更高，由于混凝土的外部熱量太大，導致混凝土的內外溫差超過40℃，由于混凝土的內部溫度升高、外部溫度下降，導致混凝土的表面強度增長比收縮速率慢，從而產生了淺層開裂和裂縫，如果采取的措施不當，會加快裂縫的發展。降低混凝土內外溫差、降低混凝土的早期收縮速率、加快混凝土早期強度生長速率是防止混凝土溫度開裂的關鍵，可以在混凝土凝結后灑一層薄薄的水，然后用塑料紙包住，再用一層土工織物覆蓋，用水濕潤或砂石壓實，增加重量，防止風吹。在高溫、干燥、多風的條件下進行澆筑，會導致混凝土的表層水分流失和干燥收縮。混凝土在凝固強化期，要使其保持潮濕并增加其強度，使其水化作用得以正常進行。在這種條件下，攪拌后的混凝土在接觸到空氣時，因水分的快速蒸發，會使混凝土過早凝固、收縮，出現干燥開裂等問題，使混凝土內水分的蒸發速率加快，使裂縫向縱深方向擴展。

3.4 收縮產生的裂縫

由于徐變收縮引起的裂縫，較短的裂縫一般長20～30cm，較長的裂縫可達2～3m，寬1～5mm，一般比較整齊并且深，此類裂縫在路面工程中經常出現，造成路面返修。這一現象的主要原因是混凝土的坍落度太大，導致路面出現了大量的水泥浮漿，或是基礎頂面不平整，混凝土粘結，限制混凝土的徐變收縮，從而造成斷裂。應采取降低坍落度、半干化強度、加入緩凝性減水劑等方法，以提高混凝土初凝期，并對基礎的壓實度、平整程度進行嚴格控制。

3.5 鋼筋銹蝕引起的裂縫

混凝土保護層因混凝土品質不佳或保護層厚度不夠，二氧化碳腐蝕鋼筋表面，造成混凝土堿性下降，或因氯化物的加入，鋼筋周圍的氯離子濃度過高，造成混凝土氧化膜損壞，鐵離子會與滲透到混凝土中的氧、水發生腐蝕作用，腐蝕物質的量是原來的2～4 倍，由此形成混凝土的膨脹應力，造成混凝土保護層開裂、剝離，沿鋼筋縱向出現裂紋，并滲入混凝土表面，銹蝕會造成鋼筋有效截面積減少，鋼筋對混凝土的夾持力減弱，從而引起其他類型的裂縫，造成鋼筋腐蝕，甚至結構失效。

4 混凝土裂縫防治措施

4.1 溫度控制

在高溫天氣下，澆筑混凝土時可設置遮陽板進行降溫，對于斷面厚度大于0.8m 的混凝土可適當分層澆筑，可在混凝土內設置通冷水或冷氣的冷卻管道降溫，控制內外溫差。加強混凝土養護，混凝土澆筑完成后要及時覆蓋薄膜保濕養護或用濕草簾、麻片等材料進行覆蓋，同時要注意噴水養護，適當延長養護期，以使混凝土表層降溫。長時間裸露的混凝土砌塊或薄壁建筑應在冬季進行保溫，以防寒潮侵襲。水泥配制宜選擇礦渣水泥、粉煤灰水泥等低熱或中溫水泥，并最大限度地減少水泥用量，將水泥用量控制在450kg/m3以內，并適當地降低水灰比，普通水泥的水灰比應小于0.6。設定合適的模具拆卸時間，在溫度突然下降的情況下，對混凝土進行表面保溫處理，避免溫差過大。

4.2 采用合理的施工方法

攪拌混凝土時，必須嚴格控制配料的計量和攪拌機的坍落度，并盡可能地降低攪拌頭的溫度。控制混凝土澆筑工藝的質量。澆筑時要壓實，攪拌次數、間隔時間要均勻，表面要有一層漿液，澆筑完成后，將表面壓實、抹平，以防表面開裂。此外，避免在陽光照射強烈時澆筑，如施工需要在夏季進行，則要避免在中午施工，盡量將澆筑工作安排在晚上。

4.3 原料選擇

水泥品種選擇的原則是：既要達到施工部位的技術指標，又要考慮環境因素。例如，在大體積混凝土中，水泥的種類要選擇低水化熱、凝結時間長的水泥，盡量避免使用硅酸鹽水泥，以降低水泥的水化熱。在耐磨性、防凍性等方面，硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥是最好的選擇。當混合水含有硫酸鹽時，應根據需要選擇抗硫酸鹽水泥。水泥的種類、強度等級和用量直接影響混凝土的水化熱，因此，在選擇混凝土時，要考慮強度等級、使用部位、體積等方面的要求，選擇合適的品種和等級。

4.4 施工控制及養護

（1）施工控制。嚴格按照實驗室發放的配料表進行配料，水、水泥、砂、石子均按重量計算，誤差不超過容許值。運輸過程中對運輸車輛進行保溫處理。澆筑時要注意遮陰，并注意以下幾點：不合格的混凝土不能用，并且不能在制好的混凝土中加入水；振搗混凝土時，應以混凝土不再明顯沉降、無氣泡、起泡、起漿為標準，防止漏振、過振，防止混凝土離析或不密實而造成裂縫；降低混凝土的澆筑溫度，可以進行遮陽、防曬、灑水降溫、冰塊攪拌等操作；由于意外原因而停止澆筑的間隔時間不得超出允許的間隔時間；混凝土澆筑完成后，再進行碾壓。在混凝土初期，對混凝土進行二次抹壓，以消除由于干燥收縮引起的開裂。在施工過程中，混凝土澆筑要避免在炎熱的氣候條件下進行，要在晚上或者溫度比較低時進行。

（2）混凝土養護。澆筑完成后12h 就可以進行養護，養護期要大于7d，在高溫季節和重點部位要適當延長養護期，并用保水性材料進行保護，避免太陽直接照射到新澆筑的混凝土表面，對其進行適當養護是預防干燥開裂的關鍵。在冬季，混凝土澆筑不能太久，通常為5d，模具拆除后要及時對混凝土表面進行保溫處理。冬季施工時禁止在混凝土面上噴灑水，并采用覆蓋保水的方法。在2～4d 平均溫度持續降低6℃～9℃的情況下，28d 以下的混凝土必須進行保溫處理，以避免溫度急劇下降而產生開裂。在混凝土結構早期，要盡量避免過水，否則會使混凝土環境溫度急劇下降，容易產生溫度裂縫。

5 混凝土裂縫處理

5.1 表面修補法

表面修補法是一種最簡單、常見的修補方法。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿等物質，或在其表面涂刷防腐材料。在防護的同時，為了防止混凝土受各種作用的影響而繼續開裂，通常可采取在裂縫表面粘貼玻璃纖維布等措施。

5.2 填充法

采用補強材料對裂縫進行直接填充，通常用于大裂縫修復，操作簡單、成本低廉。對于寬度不超過0.3mm、淺層裂縫，或裂縫中有充填物，用注漿法難以取得效果的裂縫以及小型裂縫的簡單處理。

5.3 結構補強法

對結構強度的影響可采用結構補強方法，如由于超荷載引起的裂縫，長時間不進行治理而造成的混凝土耐久性下降，火災造成裂縫等。主要有截面加固、錨固加固、預應力加固等。對混凝土裂縫治理的影響主要有修補材料試驗、鉆心取樣試驗、壓水或壓空氣試驗等。

5.4 灌漿法

主要用于對建筑物整體或有防滲要求的混凝土裂縫進行修復，通過壓力裝置將膠結材料壓進裂縫，使其與混凝土結合，達到封閉和加固的效果。水泥、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等是目前廣泛使用的粘結劑。該方法適用范圍廣，從小裂縫到大裂縫都有較好的處理效果。

6 結語

混凝土是基建施工的主要材料，每年由于開裂而造成的經濟損失難以估算，完工后的修復、結構壽命的減少等又會帶來更大的損失。由于材料的性質，混凝土開裂只能預防，并不能從根本上解決，因此，需要全行業齊心協力，爭取更好地解決這個問題。